700 MW機(jī)組廠用電切換失敗導(dǎo)致機(jī)組解列的事故分析及防范措施

尹松

(廣東省粵電集團(tuán)有限公司珠海電廠，廣東 珠海 519050)

1 問題的提出

某電廠700 MW機(jī)組并網(wǎng)成功后，負(fù)荷保持34 MW，鍋爐雙側(cè)風(fēng)組運(yùn)行。在廠用電切換過程時(shí)，6 kV 1B1母線失電，導(dǎo)致由1B1段供電的1A定子冷卻水泵因失電而停運(yùn)，系統(tǒng)發(fā)出定冷水差壓低報(bào)警。隨后1B定冷水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)成功，但仍發(fā)出“GSU BREAKER TRIP(86TB/94 TB)”跳閘信號(hào)，機(jī)組解列，快速甩負(fù)荷 FCB(Fast Cut Back)成功［1］，汽輪機(jī)保持3000r/min的轉(zhuǎn)速。由于并網(wǎng)期間帶負(fù)荷較小且機(jī)組的FCB成功實(shí)現(xiàn)，保證了機(jī)組鍋爐的正常運(yùn)行，雖沒有造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，但其中存在的隱患卻值得深思，如果不及時(shí)消除，勢(shì)必會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

汽輪發(fā)電機(jī)由美國(guó)西屋公司(Westinghouse)制造，額定功率為746 MW，它直接與汽輪機(jī)聯(lián)軸且全封閉，它是具有阻尼繞組隱極式轉(zhuǎn)子的三相兩極交流同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫冷，即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷(通風(fēng)形式為氣隙取氣斜流式)，定子鐵芯及其他結(jié)構(gòu)件為氫氣表面冷卻［2］。定子冷卻水系統(tǒng)配備2臺(tái)離心式定冷水泵，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。定子線圈冷卻水通過定子線圈空心銅棒和其他載流部件帶走這部分電耗產(chǎn)生的熱量并控制水的電導(dǎo)率。發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)不是直接通過流量信號(hào)實(shí)施，而是取發(fā)電機(jī)定子線圈冷卻水進(jìn)、出口差壓信號(hào)［3］來完成，當(dāng)前、后差壓小于152 kPa時(shí)保護(hù)動(dòng)作，解列發(fā)電機(jī)。

2 事故原因分析

在定冷水電導(dǎo)率高信號(hào)存在的條件下，由現(xiàn)場(chǎng)來的任意一個(gè)定冷水差壓低信號(hào)存在超過2 s，會(huì)由OR321模塊發(fā)出主變壓器開關(guān)斷開指令，解列發(fā)電機(jī)。若差壓低信號(hào)存在超過4 s會(huì)通過OR322發(fā)出跳閘信號(hào)，跳閘汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，定冷水流量保護(hù)邏輯如圖1所示。

圖2給出了定冷水泵聯(lián)鎖控制的邏輯圖，1A，1B 2臺(tái)水泵互為聯(lián)鎖，當(dāng)1臺(tái)水泵故障時(shí)，1.5 s后聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵。

造成事故的直接原因?yàn)? kV 1B1母線失電導(dǎo)致1A定冷水泵跳閘。6 kV 1B1段備用電源開關(guān)52B為合閘狀態(tài)時(shí)，其輔助接點(diǎn)19～22沒有正常翻轉(zhuǎn)，保持接點(diǎn)接通，當(dāng)工作電源開關(guān)(52A開關(guān))投入熱備用時(shí)，在開關(guān)蓄能機(jī)構(gòu)帶電期間，正電源經(jīng)該觸點(diǎn)倒送至TRX/LA繼電器，導(dǎo)致52B開關(guān)跳閘。因6 kV 1B1段失電，1B121MCC上的1A發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵跳閘。4 s后定冷水差壓低保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)電氣94GSU繼電器，跳開#1主變壓器出口開關(guān)2201，發(fā)電機(jī)解列。

由6 kV 1B1段供電的定子冷卻水電導(dǎo)率表在失電后輸出信號(hào)異常，發(fā)出導(dǎo)電率高報(bào)警，也是機(jī)組解列信號(hào)產(chǎn)生的另一個(gè)重要原因。

另外，定冷水泵具備連鎖功能，卻沒能發(fā)揮應(yīng)有的保護(hù)作用，值得探討。這些因素對(duì)于熱工聯(lián)鎖保護(hù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要借鑒意義。

3 防范措施

3.1 邏輯優(yōu)化

按照邏輯設(shè)計(jì)，1A，1B定冷水泵互為連鎖，跳閘1.5 s后應(yīng)連鎖啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。而汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH(Digital Electric Hydraulic Control System)在電導(dǎo)率高信號(hào)存在的情況下，定冷水差壓低信號(hào)存在超過2s就會(huì)解列發(fā)電機(jī)，因而從連鎖啟泵到復(fù)位信號(hào)的時(shí)間差只有0.5 s，略顯不足。根據(jù)需要，運(yùn)行人員做了如下準(zhǔn)備和試驗(yàn):

汽輪機(jī)DEH GD14(圖1)中強(qiáng)制H/L321輸出為“1”;強(qiáng)制DEH系統(tǒng)RCV23畫面中功能碼LD03259和RCV24畫面中功能碼LD03275，是DO輸出保持為“0”。

在工程師站上做DEH GD14(圖1)畫面中功能碼 OR321，OR322，OR323 和 AND321 趨勢(shì)，做 A，B定子冷卻水泵狀態(tài)指示、定子冷卻水差壓小于152 kPa，A，B定子冷卻水跳閘顯示其6點(diǎn)趨勢(shì)。

3.1.1 高水泵揚(yáng)程(試驗(yàn)1)

根據(jù)泵的性能曲線，適當(dāng)提高水泵揚(yáng)程［4］，A，B定冷水泵出口壓力分別為640 kPa和630 kPa，B泵跳閘連鎖A泵運(yùn)行，延時(shí)為1.5 s，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3中#1線為功能模塊 OR323，#2線為OR321，#3線為OR322(后面圖與此相同)。

在此狀態(tài)下，OR323，OR322，OR321狀態(tài)均變?yōu)椤?”，觸發(fā) OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動(dòng)作。不能滿足連鎖要求。

3.1.2 取消延時(shí)，B泵自啟(試驗(yàn)2)

保持當(dāng)前壓力，當(dāng)A泵跳閘連鎖B泵運(yùn)行延時(shí)為0 s時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

此時(shí)OR321，OR322狀態(tài)無(wú)改變，不觸發(fā)OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動(dòng)作，滿足要求。

3.1.3 取消延時(shí)，A泵自啟(試驗(yàn)3)

當(dāng)B泵跳閘連鎖A泵運(yùn)行延時(shí)為0 s時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 B泵跳閘連鎖A泵運(yùn)行且延時(shí)0 s(截屏圖)

此時(shí)OR321，OR322狀態(tài)無(wú)改變，不觸發(fā)OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動(dòng)作，滿足要求。

由以上試驗(yàn)可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵相互切換時(shí)間由1.5 s改為0 s時(shí)，任一運(yùn)行中的定子冷卻水泵跳閘后，相應(yīng)備用泵自啟后能保持定子冷卻水系統(tǒng)正常，發(fā)電機(jī)保護(hù)未發(fā)生動(dòng)作。為確保發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，將定子冷卻水泵跳閘后啟動(dòng)備用泵時(shí)間由1.5 s改為0 s。

3.2 更換新型儀表

當(dāng)前，熱工控制系統(tǒng)已成為決定發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主導(dǎo)系統(tǒng)之一，信號(hào)測(cè)量與反饋的真實(shí)與準(zhǔn)確程度是控制系統(tǒng)保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵［5］。目前，工業(yè)儀表出現(xiàn)故障后，按輸出信號(hào)可以分為3類:

(1)輸出為0，如本特利振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)。(2)輸出高限，如常用的熱電偶測(cè)溫。

(3)保持不變，如帶“三斷”(斷電源、斷信號(hào)、斷氣源)保護(hù)的一些儀表。儀表選型應(yīng)該具體到測(cè)量參數(shù)的類型和作用。

電導(dǎo)率是一個(gè)漸變的參數(shù)，在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，因此，選取有保持故障前狀態(tài)的儀表較為合適。原有的電導(dǎo)率表在失電后沒有記憶功能，會(huì)發(fā)出電導(dǎo)率高信號(hào)?，F(xiàn)在采用的新型儀表，當(dāng)失電時(shí)，儀表會(huì)自動(dòng)記憶失電瞬間電導(dǎo)率值，不會(huì)輸出越限信號(hào)，待電源恢復(fù)后能夠重新測(cè)量當(dāng)前值。

重要儀表、控制系統(tǒng)都會(huì)采用不間斷電源UPS(Uninterruptible Power System)供電，這樣，會(huì)避免停電帶來的嚴(yán)重?fù)p失，此次將電導(dǎo)率儀表電源進(jìn)行改進(jìn)，增加1路備用電源，避免廠用電切換失敗儀表輸出錯(cuò)誤信號(hào)。

3.3 制訂反事故措施

為防止同類故障發(fā)生，結(jié)合運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制訂集控6 kV廠用電切換系統(tǒng)反事故技術(shù)措施［6］。

(1)對(duì)于集控6 kV各段，在檢修完畢恢復(fù)時(shí)，在備用電源開關(guān)52B合上、母線帶電運(yùn)行后，即進(jìn)行52B的開關(guān)輔助接點(diǎn)檢查，以保證52B的開關(guān)輔助接點(diǎn)正常翻轉(zhuǎn)。在確保運(yùn)行人員將52A轉(zhuǎn)熱備用的情況下，不會(huì)發(fā)生送52A合閘保險(xiǎn)而啟動(dòng)切換繼電器，使52B開關(guān)跳閘，造成母線失電的意外。

(2)在機(jī)組檢修完畢且發(fā)電機(jī)并網(wǎng)成功后，集控6 kV工作電源開關(guān)已在熱備用狀態(tài)，檢修人員應(yīng)會(huì)同運(yùn)行人員，全面檢查切換回路正常。執(zhí)行6 kV切換回路檢查卡1。

(3)在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，啟備段或52B開關(guān)需要檢修，在檢修工作結(jié)束且52B開關(guān)投入熱備用前，也要進(jìn)行切換回路檢查，以免在送52B開關(guān)合閘保險(xiǎn)時(shí)造成52A開關(guān)跳閘而導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷或停機(jī)的意外事故發(fā)生。執(zhí)行6 kV切換回路檢查卡2。

(4)在6 kV廠用電系統(tǒng)檢修工作結(jié)束恢復(fù)送電時(shí)，對(duì)有關(guān)保險(xiǎn)的位置狀態(tài)，運(yùn)行和檢修人員應(yīng)注意檢查和確認(rèn)。

4 結(jié)論

對(duì)于成熟的熱工連鎖保護(hù)，在設(shè)計(jì)過程中，就要把各種可能的情況估計(jì)到位，諸如電源的冗余設(shè)計(jì)、儀表的故障信號(hào)、控制模塊故障的影響、誤信號(hào)處理方式、連鎖方式的投入、延時(shí)的設(shè)置等，盡可能以實(shí)際動(dòng)作情況進(jìn)行修正。在運(yùn)行維護(hù)時(shí)，也要注意通過制訂全面的技術(shù)措施，減少人為因素的影響，才能確保設(shè)備穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行。

本文分析了700 MW機(jī)組母線失電導(dǎo)致機(jī)組解列的原因，通過試驗(yàn)的方式，結(jié)合實(shí)際情況，采取了邏輯優(yōu)化、更換新型儀表、制訂運(yùn)行維護(hù)反事故等項(xiàng)措施，有效地消除了系統(tǒng)存在的缺陷，這些舉措可對(duì)今后熱工連鎖保護(hù)的設(shè)計(jì)實(shí)施及運(yùn)行維護(hù)提供參考。

［1］王立地，姚金環(huán).FCB功能的成功應(yīng)用與一種新的實(shí)現(xiàn)方案［J］.自動(dòng)化儀表，2004，25(6):48－52.

［2］王珺.一起定冷水換水引發(fā)異常的思考［J］.電力安全技術(shù)，2006，8(5):51.

［3］范為革.論水泵揚(yáng)程與揚(yáng)升高度的關(guān)系［J］.設(shè)備管理與維修，2003(1):30－31.

［4］鄭鳳苓.熱工系統(tǒng)安裝中的典型問題分析與處理［J］.電力建設(shè)，2010，31(7):98 －100.